滾動軸承和滑動軸承的比較與選用

李程輝

(鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

1 前言

軸承作為機(jī)械產(chǎn)品中必不可少的重要部件，起著支承轉(zhuǎn)動軸的重要作用。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，把軸承分為滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）和滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）。兩類軸承在結(jié)構(gòu)上各有特點，性能上各有利弊，選用時，要結(jié)合實際綜合考慮。

2 滾動軸承和滑動軸承的性能比較

2.1 承載能力?？傮w來看，由于滑動軸承的承壓面積大，其承載能力一般高于滾動軸承。而且滾動軸承承受沖擊載荷的能力不高，但完全液體潤滑軸承由于潤滑油膜起到緩沖、吸振的作用，可承受較大的沖擊載荷。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，滾動軸承中滾動體的離心力增大，要降低其承載能力。對于動壓滑動軸承，其承載能力隨轉(zhuǎn)速增高而增大。

2.2 摩擦系數(shù)和起動摩擦阻力。一般工作條件下，滾動軸承的摩擦系數(shù)要低于滑動軸承，且數(shù)值較穩(wěn)定。而滑動軸承的潤滑易受轉(zhuǎn)速、振動等外界因素的影響，摩擦系數(shù)變化范圍較大。起動時，由于滑動軸承尚未形成穩(wěn)定油膜，阻力要大于滾動軸承，但靜壓滑動軸承起動摩擦阻力和工作摩擦系數(shù)都很小。

2.3 適用工作轉(zhuǎn)速。滾動軸承由于受到滾動體離心力和軸承溫升的限制，轉(zhuǎn)速不能過高，一般適用于中、低速的工作狀態(tài)。不完全液體潤滑軸承由于軸承的發(fā)熱和磨損，工作轉(zhuǎn)速也不能太高。完全液體潤滑軸承的高速性能非常好，特別是當(dāng)靜壓滑動軸承采用空氣作潤滑劑時，其轉(zhuǎn)速可達(dá)100000r/min。

2.4 功率損失。由于滾動軸承摩擦系數(shù)小，其功率損失一般不大，要小于不完全液體潤滑軸承，但當(dāng)潤滑及安裝不當(dāng)時劇增。完全液體潤滑軸承摩擦功率損失較低，但對于靜壓滑動軸承來說，由于有油泵功率損失，總的功率損失可能高于動壓滑動軸承。

2.5 壽命。滾動軸承由于受到材料點蝕和疲勞的影響，一般設(shè)計年限為5～10年，或者大修期間進(jìn)行更換。不完全液體潤滑軸承的軸瓦磨損嚴(yán)重，需要定期更換。完全液體潤滑軸承的壽命理論上是無限的，實際上由于應(yīng)力循環(huán)，特別是動壓滑動軸承，軸瓦材料可能出現(xiàn)疲勞破壞。

2.6 旋轉(zhuǎn)精度。滾動軸承由于徑向間隙小，旋轉(zhuǎn)精度一般較高。不完全液體潤滑軸承處于邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài)，運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，且磨損較嚴(yán)重，精度較低。完全液體潤滑軸承由于油膜存在，緩沖吸振，精度較高。靜壓滑動軸承旋轉(zhuǎn)精度更高。

2.7 其他。滾動軸承使用油、脂或固體潤滑劑，用量很小，高速時用量較大，油質(zhì)的清潔度要求高，因此要求密封，但軸承更換方便，一般不需要修理軸頸。對于滑動軸承，除不完全液體潤滑軸承外，潤滑劑一般為液體或氣體，用量很大，油質(zhì)清潔度要求也很高，軸承軸瓦需要經(jīng)常更換，有時還修復(fù)軸頸。

3 滾動軸承和滑動軸承的選用

由于實際工作條件復(fù)雜多樣，滾動軸承和滑動軸承的選用尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。滾動軸承由于摩擦系數(shù)小，起動阻力小，而且已標(biāo)準(zhǔn)化，使用、潤滑、維護(hù)都很方便，在選用時一般優(yōu)先考慮，因此在一般機(jī)器中廣泛應(yīng)用。滑動軸承本身具有一些獨特優(yōu)點，一般應(yīng)用在某些不能、不便或使用滾動軸承沒有優(yōu)勢的場合。

3.1 徑向空間尺寸受限制或必須剖分安裝的場合。滾動軸承由于在結(jié)構(gòu)上有內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架，徑向尺寸較大，應(yīng)用上受到一定限制。當(dāng)徑向尺寸要求嚴(yán)格時，可選滾針軸承，必要時，需要選用滑動軸承。對于軸承不便或無法從軸向進(jìn)行安裝以及必須剖分安裝的零部件，比如汽車發(fā)動機(jī)的曲軸軸承，就要選用對開式的滑動軸承。

3.2 高精度的場合。當(dāng)所用軸承有高精度要求時，一般選用滑動軸承，因為滑動軸承的潤滑油膜可以緩沖吸振，當(dāng)精度要求極高時，只能選用靜壓滑動軸承。對于精密和高精密的磨床、各種精密儀表等，滑動軸承應(yīng)用較廣。

3.3 重載場合。滾動軸承無論是球軸承還是滾子軸承，在重載場合，容易發(fā)熱和疲勞。故當(dāng)載荷較大時，多選用滑動軸承，如軋鋼機(jī)、汽輪機(jī)、航空發(fā)動機(jī)附件以及礦山機(jī)械等。

以上為滑動軸承典型應(yīng)用場合，對于其他的工作條件，也可合理選用滑動軸承，比如工作轉(zhuǎn)速特別高、特大沖擊與振動以及需在水或腐蝕性介質(zhì)中工作等場合。

4 “以滾代滑”為發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)研究的深入，滾動軸承在高速、重載、抗疲勞以及高精度等方面的性能得到很大改善，滑動軸承在傳統(tǒng)和新興的應(yīng)用領(lǐng)域越來越多地被滾動軸承所取代，出現(xiàn)“以滾代滑”的發(fā)展趨勢。許多企業(yè)的大型設(shè)備嘗試用滾動軸承代替滑動軸承，在滿足使用要求的前提下，顯現(xiàn)出較好的經(jīng)濟(jì)效益。1978年，我國鐵路貨車開始試用滾動軸承，鐵路系統(tǒng)發(fā)布了一系列文件推廣使用滾動軸承。到目前為止，除地方鐵路運輸企業(yè)自備車以及仍在使用的老式貨車外，鐵路貨車基本使用滾動軸承。在汽車方面，2007年德國的舍佛勒公司在汽車發(fā)送機(jī)的雙頂置凸輪上裝配了滾動軸承，使油耗得到降低。而且相關(guān)研究人員正在嘗試在曲軸上，以滾動軸承代替滑動軸承，并已取得較大進(jìn)展。

5 結(jié)語

對于一種機(jī)器設(shè)備，應(yīng)用滾動軸承和滑動軸承，各有利弊，要結(jié)合工程實際合理選用。隨著研究的深入，軸承性能將進(jìn)一步提高，滾動軸承在一定范圍內(nèi)將取代滑動軸承，應(yīng)用范圍會進(jìn)一步擴(kuò)寬。從而，為機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]濮良貴，紀(jì)名剛等.機(jī)械設(shè)計（第八版）.北京：高等教育出版社.2006.5